Prévention en fonction de l`action du vent

Action du vent
Cette fiche donne des
indications de base pour
déterminer la stabilité
des parties d’ouvrages
en phases transitoires
et des équipements de
chantier sous l’action du
vent.
Dans tous les cas, les
zones du chantier soumises à l’action du vent
doivent être évacuées
avant que les limites de
stabilité ne soient
atteintes.
NOTIONS GÉNÉRALES
L’action du vent sur un obstacle dépend de la configuration générale de ce
dernier, elle se traduit par des surpressions et des dépressions s’exerçant
sur chacune des surfaces impliquées.
Action du vent sur une surface
Si l’on considère un fluide en mouvement qui rencontre un obstacle (Fig. 1), schématiquement on peut matérialiser le mouvement de ce fluide par une série de trajectoires
confondues avec les lignes de courant.
Les molécules de fluides qui contournent l’obstacle sont freinées et créent à leur tour
un obstacle pour les molécules qui se déplacent sur une trajectoire voisine. La zone de
perturbation qui part du bord de l’obstacle, pour rejoindre la première ligne de courant
non perturbée, porte le nom de couche limite.
A : Point d’arrêt
Lorsque la vitesse du fluide atteint une certaine valeur, les lignes de courants suivent
l’obstacle jusqu’à un point, dit point de décollement, où elles se séparent de celui-ci
(Fig. 2).
B : Zone de sillage
A l’arrière de ce point (ou aval) se forment des courants de retour et une zone d’écoulement non permanent, très perturbée, dite zone de sillage, due au décollement qui
engendre des dépressions. La zone de sillage n’existe pas, ou est extrêmement petite, à l’aval des obstacles profilés à cet effet.
Dans le cas d’un obstacle non profilé, une banche, par exemple, le décollement des
filets de fluide (vent) se fixe sur les arêtes.
Fig. 1
Ecoulement
d’un fluide,
sans
décollement,
autour d’un
obstacle profilé.
Fiche Prévention - A1 F 01 09 - © oppbtp 2009
Fig. 2
Ecoulement
d’un fluide, avec
décollement,
autour d’un obstacle. Apparition
d’une zone de
sillage (aspiration, dépression).
1
Composantes de l’action vent
L’action du vent correspond à la résultante de tous les effets
ponctuels de celui-ci lorsqu’il rencontre un obstacle.
q est la pression dynamique, en Pa ou N/m², donnée par
la relation
ρ est la masse volumique de l’air en kg/m3
II exerce alors sur lui une action d’ensemble qui dépend :
V est la vitesse du vent en m/s.
a. des caractéristiques de l’air : masse volumique, visco-
Pour air sec à 15°C et sous une pression de 1 013 hPa
(hecto Pascal) ou air de laboratoire :
b.
c.
d.
e.
f.
g.
sité, compressibilité,
de l’angle d’attaque du vent sur l’obstacle,
des pressions et dépressions sur les différentes parties
de l’obstacle,
des frottements du vent sur l’obstacle,
de la nature de l’écoulement autour de l’obstacle, qui
peut être : laminaire ou turbulent avec ou sans décollement,
des dimensions et de la forme de l’obstacle : profilé ou
non,
de l’état de surface de l’obstacle (rugosité).
La composante de l’action du vent suivant la direction horizontale, est dénommée force de traînée.
Conventionnellement, dans les règles de calcul, I’écoulement est toujours considéré normal à la surface frappée
(Article III, 1,14 des règles NV.) engendrant ainsi une traînée
dont la direction est parallèle à la direction du vent.
Valeur de la force de traînée
La force de traînée est exprimée par la relation :
T = Ct . S . q
où
Ct est le coefficient aérodynamique de la surface, ou cœfficient de traînée. Ce cœfficient est fourni par les règles NV
« Neige et Vents », il dépend de la forme et des proportions
de l’obstacle (voir Fig. 3).
S est la surface nette, en m², ou surface de la projection du
contour apparent de l’élément considéré, sur un plan perpendiculaire à la direction du vent, y compris les nervures
saillantes, s’il en existe, déduction faite de la surface des
vides.
1
. p . V2
q=
- ρ = 1,225 kg/m3
-
et q = V² / 1,63 (en N/m²)
Pour air saturé à 0°C et sous une pression de 1 040 hPa
(hecto Pascal) ou air à l’état transitoire extrême :
- ρ = 1,332 kg/m3
-
et q = V² / 1,5 (en N/m²)
L’abaque de la Fig. 4 donne directement la pression globale « q » du vent en fonction de sa vitesse, pour Ct = 1 et
Ct = 1,75
Correction de site « ponctuel »
Les calculs de la pression du vent sont faits à partir de sa
vitesse mesurée par I’anémomètre en général placé en un
point culminant du chantier (souvent le sommet de la grue
à tour).
Mais la vitesse du vent ou le coefficient de traînée de l’obstacle peuvent être modifiés par des conditions ponctuelles
sur le lieu de travail.
Par exemple, deux voiles de béton parallèles sont déjà
exécutés. Pour réaliser un voile entre les deux précédents
et perpendiculaire à ceux-ci, on place une première face
de banche. Le vent souffle dans la direction des voiles parallèles. La banche sera soumise à un vent canalisé vers le
fond d’un goulot. II en résultera :
• une augmentation locale de la vitesse du vent,
• une majoration jusqu’à une valeur supérieure à 2 du
coefficient de traînée résultant.
Ces situations particulières doivent être prises en compte
lors de l’étude et de la rédaction du Plan particulier de
sécurité et de protection de la santé.
2
Fig. 3
Valeurs du coefficient de traînée
fournies par les
règles Neige et
Vent. Panneaux
pleins, lisses,
rectangulaires,
en contact ou
non avec le sol.
Fiche Prévention - A1 F 01 09 - © oppbtp 2009
2
Fig. 4
Pression du
vent sur un
obstacle
prévisions des valeurs des vitesses de pointe sur le site
considéré.
L’exemple de la Fig. 5a montre l’enregistrement de la vitesse moyenne sur 2 min et la Fig. 5b celui de la vitesse
instantanée :
• sur la Fig. 5a, la vitesse moyenne dépasse 2 fois
20 m/s dont une fois 22 m/s entre 8 et 9 heures,
• sur la Fig. 5b, la vitesse instantanée dépasse 20 m/s
déjà entre 7 et 8 heures (max. à 26 m/s) et atteint un
maximum de 32 m/s entre 8 et 9 heures.
Fig. 5a
Vitesse
moyenne du
vent sur
2 minutes
(doc.
Météorologie
nationale 1984)
Station : Villacoublay - le 8 février 1984
Fig. 5b
Vitesse
instantanée
du vent
(doc.
Météorologie
nationale 1984)
Station : Villacoublay - le 8 février 1984
Coefficient de rafale
VITESSES LIMITES
Vitesse de pointe
La détermination des vitesses limites doit se faire à partir
de la vitesse de pointe du vent. C’est l’effort apporté par la
vitesse de pointe du vent qui renversera une banche, une
pointe de pignon ou une grue.
Pour pouvoir agir à temps, il faut donc prévoir à l’avance
l’arrivée d’une rafale de vent dont la vitesse maximale instantanée est susceptible de renverser un équipement ou
une partie d’ouvrage.
II s’agit donc de disposer sur le site d’un anémomètre délivrant un avertissement dès que le vent atteint un seuil
suffisamment bas pour laisser le temps non seulement
de placer le chantier en sécurité, mais aussi de s’informer
auprès des services de Météo France pour connaître les
Fiche Prévention - A1 F 01 09 - © oppbtp 2009
Puisque l’on détermine une limite de stabilité d’un équipement ou d’une partie d’ouvrage à partir du vent en pointe,
la vitesse moyenne du vent doit être inférieure ou au plus
égale au 2/3 de la vitesse en pointe.
L’Eurocode définit une pression dynamique de référence
(Qréf) à partir d’une vitesse de référence du vent (Vréf) qui
est une vitesse moyenne du vent sur 10 minutes, supposée mesurée à 10 m de hauteur en site plat et peu rugueux.
Dans les vérifications à l’état limite ultime, cette vitesse est
pondérée par un cœfficient supérieur à l’unité.
Mesure de la vitesse de pointe sur chantier
Pour prendre les mesures convenables, il est nécessaire
de connaître la vitesse instantanée du vent sur le chantier.
3
VITESSES LIMITES USUELLES
ET LIMITE DE STABILITE DES
ÉQUIPEMENTS ET OUVRAGES DU
GROS ŒUVRE
Un appareil de mesure (anémomètre) doit être installé à
l’endroit le plus significatif du chantier, en général au sommet de la grue à tour. L’affichage de la vitesse du vent doit
se faire clairement sur un équipement placé dans le bureau de chantier. Un préavertissement doit alerter le grutier
et la direction du chantier.
Grue à tour
Pour la manutention de charge dont la surface au
vent ne dépasse pas 1 m2 par tonne de charge utile.
La vitesse limite du vent de service est définie par le
constructeur depuis le 1er janvier 1995 dans la notice
d’instructions.
II s’agit d’une vitesse du vent en pointe, compte tenu
des rafales.
Au-delà de cette vitesse en pointe, la stabilité de la grue
ne peut être assurée que si la grue est en girouette.
Ouvrages en maçonnerie
Sans dispositions particulières (mur en retour, dispositif de
stabilisation...) une maçonnerie de petits éléments de
20 cm d’épaisseur et de poids volumique 1400 kg/m3, est
autostable si la hauteur est inférieure à 1 m et si :
• vitesse du vent inférieure à 85 km/h (en pointe),
• cœfficient de traînée de l’ordre de 1,6.
Dès que la hauteur libre de la maçonnerie dépasse 1 mètre,
des dispositifs de stabilisation doivent être mis en place.
Ouvrages en béton
(voiles et murs en béton banché)
La stabilité après décoffrage doit être vérifiée par le calcul,
préalablement à l’exécution des ouvrages. Des moyens de
stabilisation complémentaires éventuels seront définis et
consignés dans le Plan particulier de sécurité et de protection de la santé (en fonction de la résistance du béton : armatures supplémentaires, dispositifs de stabilisation, etc.)
Eléments préfabriqués
Tant au stockage qu’à la mise en œuvre, des moyens de
stabilisation doivent être définis et mis en place.
Avant le 1er janvier 1995, la vitesse du vent limite de
service est de 20 m/s (72 km/h), en application des
normes NF E 52-081 (Octobre 1975) et NF E 52-082
(Octobre 1982).
Pour la manutention de charges dont la surface au
vent est supérieure à 1 m2 par tonne de charge utile.
Le constructeur donne dans la notice d’instructions la
vitesse limite du vent de service pour différents cas de
charge et de surface.
NOTA
Les banches dépassent toujours 1 m2/t.
Banches
Limite minimale de stabilité
La stabilité doit être assurée sous un vent de 85 km/h
(23,6 m/s), quelle que soit la direction du vent. [Norme
NF P 93-350 (1995)]
Le manuel d’instructions doit préciser les précautions
à prendre pour assurer la stabilité pour des vents supérieurs à 85 km/h.
Le plan de travail est évacué avant que le vent n’atteigne des pointes de 72 km/h (vitesse moyenne du
vent inférieure à 50 km/h).
Limite de manutention des banches à la grue à
tour
cf. 2e point de la section « Grue à tour », ci-dessus.
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DOCUMENTS À CONSULTER
• Règles “Neige et Vent” NV 65
édition avril 2000
• Recommandations CRAM :
- R 406 (Prévention du risque de renversement des
grues à tour sous l’effet du vent)
- R 399 (Prévention du risque de renversement des
banches sous l’effet du vent)
• Consultation des centres de météoFrance
- Service de la communication et de la
commercialisation
1, quai Branly - 75340 PARIS CEDEX 07
Tél. 01 45 56 71 71
- Service central d’exploitation de la météorologie
31057 TOULOUSE CEDEX
SITES À CONSULTER
• www.afnor.org
• www.inrs.fr
• www.meteo.fr
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Échelle de Beaufort de la vitesse moyenne du vent
(mesurée à 10 m au-dessus du sol)
Effet du vent sur terre
(loin des côtes)
(1) d’après A.D. PENWARGEN
OPPBTP
25, avenue du Général Leclerc - 92660 Boulogne-Billancourt Cedex
Tél : 0825 03 50 00 - Tél : 01 46 09 27 00 - Fax : 01 46 09 27 40
www.oppbtp.fr
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